Kendiliğinden Yerleşen Mimari Betonlarda Pigment Katkısının Etkileri

Kendiliğinden Yerleşen Mimari Betonlarda Pigment Katkısının Etkileri Mustafa Karagüler Doç. Dr. İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi,Mimarlık Bölümü Yapı Bilgisi A.B.D İstanbul (212)2931300/2340 karagulerm@itu.edu.tr Senem Sungur İnş.Y.Müh.İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi,Mimarlık Bölümü Yapı Bilgisi A.B.D İstanbul (212)2931300/2340 karagulerm@itu.edu.tr Öz Mimari beton üretiminde betonun renklendirilmesi için; üretimde renkli agregalar kullanmak, özel olarak renklendirilmiş renkli çimentolardan yararlanmak, beyaz ve/veya gri renkte normal portland çimentosu kullanmak, beyaz çimentoya pigment katmak veya yukarıdaki seçeneklerin bazılarını bir arada kullanma olanakları vardır. Pigmentlerin miktarı yanında, türü de beton özellikleri üzerinde etkilidir. Bu amaçla, bu çalışmada çimento ağırlığına kıyasla değişik oranlarda inorganik toz pigmentlerin beton özelliklerine olan etkisi; renk katkısı, pigment kullanılmadan üretilen betonların özellikleriyle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel araştırmada kimyasal katkı ve pigment kullanılarak kendiliğinden yerleşen beton üretimi gerçekleştirilmiştir. Ön deneyler sonucu deney serilerinin çimento dozajı, katkı ve pigment içerikleri belirlenmiştir. Normal Portland Çimentosu ile üretilen örneklerde katkı oranı çimento ağırlığının %1.5 i iken Beyaz Portland Çimentosu ile üretilenlerde bu oran %2 olmuştur. Hem Normal Portland Çimentosu, hem de beyaz çimento kullanılarak üretilen beton örneklerde çimento ağırlığının %3 ü oranında pigment kullanılmıştır. Taze betona kıvam deneyi uygulanarak işlenebilirlik, birim hacim ağırlığı deneyi ile de boşluk miktarı kontrol edilmiştir. Fiziksel deneyler kapsamında 28 günlük sertleşmiş beton örneklere kapiler su emme ve ardından atmosferik basınç altında su emme deneyi uygulanmıştır. 4 4 16 cm boyutlarındaki örneklerin büzülme miktarlarını belirleyebilmek için rötre ölçümleri 42 gün süreyle yapılmıştır. Örnekler üzerinde 7. ve 28.günlerde eğilme-çekme ve basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Durabilite deneyi kapsamında ultraviyole etkisi altında, pigment, kimyasal katkı ve beyaz çimentonun birlikte renk tonunun sabitliğini devam ettirebilme özellikleri kontrol edilmiştir. Pigment katkısı; kılcallık katsayısı ve su emmeyi arttırmakta, rötre ise azalmaktadır. 7. günde çekme dayanımı artış görülmekte, UV etkisinde 28.günde renk değişimleri görülmemektedir. Anahtar Sözcükler: Pigment, Renkli Beton, Kendiliğinden Yerleşen Beton, Mimari Beton. 55

Giriş Mimari beton deyimi ile üretilen beton veya betonarme elemanın dış yüzeye yansıması, yapı dış kabuğunda bir kaplama tabakası kullanılmadan görünür hale gelmesi durumu ifade edilmektedir. Bu nedenle mimari betona; Brüt beton veya Görünen beton gibi tanımlamalar da yapılmaktadır. Bazı durumlarda yapının iç mekanlarında da görünen beton kullanılmaktadır. Mimari betona pigmentler katılarak renk ve doku vermek mümkündür. Renkli beton üretiminde normal bir betondan beklenen işlenebilme, dayanım ve dayanıklılık özellikleri yanında estetik kaygılar da önemlidir. Renkli betonlarda; kullanılan pigmentlerin çimentonun prizine etkisi, renk sabitliği, ortam koşullarına dayanıklılığı, mekanik özelliklere etkisi, ısıya dayanıklılık ve suda çözünebilir tuz miktarı gibi özellikler önem kazanmaktadır. Bu sayılan özelliklerin kontrol edilmesi yanında başarılı bir renkli beton uygulaması için kullanılan kalıp sistemi ve kalıp ayırıcıların önemi de göz ardı edilmemelidir. Karagüler (2002) ve Karagüler (2003). Renkli betonların yapıda taşıyıcı elemanlarda kullanılması halinde işlenebilme, dayanım ve dayanıklılık özellikleri daha fazla önem kazanmaktadır. Bu tip betonların üretiminde kimyasal katkılar kullanarak KYB üretmek; vibrasyon gerekmeden istenilen yere yerleşebilen, işlenebilirliği ve homojenliği yüksek olan, ayrıca terleme ve ayrışma problemlerinin yaşanmadığı, geçirimsizliği ve dolayısıyla durabilitesi yüksek betonlardır, Özkul (2005). Pigment ve akışkanlaştırıcı katkısının birlikte kullanılmasının sayılan özelliklere olası yan etkilerinin ve ortam koşullarına bağlı olarak renk sabitliğinin nasıl etkileneceğinin ülkemizde üretilen beyaz ve normal çimentolarla uygunluğunun da göz önüne alınarak araştırılması öncelik kazanmaktadır, Bu amaçla toz pigment ve akışkanlaştırıcı katkıların birlikte kullanımının, üretilen betonların fiziksel, mekanik özelliklerini ve ortam koşullarına dayanıklılığını ne yönde etkileyebileceği deneysel olarak araştırılmıştır, Sungur (2006). Kullanılan Malzemeler Deneysel Çalışma Deneysel çalışma kapsamında üretilen örneklerde BPÇ 32,5 beyaz çimento ve NPÇ 42,5 kullanılmıştır. Karışımlarda agrega olarak Sakarya dere kumu kullanılmıştır. Agrega karışımında maksimum dane çapı 8 mm dir. Agrega karışımının granülometrisi TS 706 da verilen referans eğrilerin arasında kalacak şekilde ayarlanmıştır. Agrega karışımının granülometri eğrisi Şekil 1 de verilmiştir. 56

Şekil 1 -Agrega karışımının granülometri eğrisi Renk katkısı olarak inorganik toz pigmentler kullanılmıştır. Kırmızı, siyah ve sarı renkler Fe 2 O 3, yeşil renk Cr 2 O 3 ve Ultramarin mavisi ise Co(CrAl) 2 O 4 esaslıdır. Tablo 1 de pigmentlerin teknik özellikleri verilmiştir. Pigment Türü Kırmızı110C Siyah 330 C Sarı 920 C Su emme (g/100g) Tablo 1-Pigmentlerin teknik özellikleri. (*) Gör. Yoğ. 45-μm elek Bileşim üstünde kalan (g/cm³) 35 0,7-1,1 0,06 34 0,8-1,2 0,1 80 0,3-0,5 0,04 Suda çöz. Yoğunluk % tuz %'si % 19 1,0-1,3 0,1 Yeşil GX (*) İnorganik Pigmentler Toz pigmentler teknik bilgi föyü. Baskın partikül boyutu (μm) 94-96 % Fe 2 O 3 0,5 5,0 0,09 92-95 % Fe 2 O 3 1,5 4,6 0,15 85-87 % Fe 2 O 3 0,5 4,1 0,1 x 0,6 98,5-99,5 % Cr 2 O 3 0,3 5,2 0,35 U.Marin Mavi Renk Tonu Standart Gör. Yoğ. 0.125mm elek Isı Işık Asit Alkali üzerinde kalan (g/ml) % Dayanımı Dayanımı Dayanımı Dayanımı 1,15-1,35 < 0,5 Var Var Yok Var Deney Örneklerinin Karışım Esasları ve Üretim Koşulları Deneylerde üretilen tüm örnekler 4 x 4 x 16 cm boyutundadır. Bu örnekler yalnızca karşılaştırma amaçlı kullanılmıştır. Karışımda; NPÇ 42,5 çimento kullanılarak, 1 m 3 karışım için 220 kg su, 550 kg çimento, 1563 kg agrega ve % 1,5 oranında hiper akışkanlaştırıcı beton katkısı bulunacak şekilde1.kontrol karışım hazırlanmıştır. İkinci 57

kontrol karışımında ise 1 m 3 karışım için 220 kg su, 550 kg çimento, 1563 agrega ve % 2 oranında hiper akışkanlaştırıcı beton katkısı kullanılmıştır. Karışımlarda kontrol serisi olarak yukarıda belirtilen karışımlar üretilmiştir. Beyaz çimento kullanılarak üretilen ikinci kontrol karışımına kırmızı, siyah, sarı, yeşil ve mavi pigmentler çimento ağırlığına oranla %3 olarak katılmıştır. Toplam 7 seri üretilmiştir. Her seride üç adet örnek üzerinde 28. günde kılcallık ve su emme deneyleri yapılmıştır. Her seride üç adet örnek üzerinde 28. günde eğilme-çekme ve basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Her seride üç adet örnek üzerinde 28. günde kılcallık ve su emme deneyleri yapılmıştır. Deney serileri için üretilen üç adet örnek üzerinde 42. güne kadar rötre ölçümleri yapılmıştır. Ultraviyole etkisini görebilmek için üretilen üç adet örneğin yarısı alüminyum folyo ile kaplanmış ve 28. gün sonunda renk değişimleri gözlenmiştir. Taze betonların üretimi sırasında kum ve pigment kuru olarak karıştırılmış ardından çimento eklenerek tekrar kuru olarak karıştırma işlemi yapılmıştır. Kuru karıştırma işlemleri yaklaşık 20 sn sürmüştür. Karışıma su ilave edildikten sonra 2 dakika bir el mikseri kullanılarak karıştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Taze karışımlar üzerinde çökme konisi kullanılarak çökme-yayılma deneyi uygulanmış, çökme-yayılma değeri ve 50cm çaplı daire için yayılma süresi ölçülmüştür. Taze betonlar kalıplandıktan sonra titreşim masasında 15 sn titreşim uygulanmıştır. Kalıptan çıkarılan örnekler 1 hafta süre ile nemli ortamda kürlenmiştir. Daha sonra ise laboratuvar ortamında bekletilmişlerdir. Rötre örnekleri ise sürekli olarak %50 relatif nemlilikte ve + 20 ºC ± 3 ºC sıcaklıkta ortam koşullarında bekletilmiştir. Taze Beton Deneyleri Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi Taze beton deneyleri kapsamında yapılan kıvam (yayılma) deneyi sonuçları Tablo 2 de verilmektedir. ÖRNEK ADI Tablo 2 -Taze betonda kıvam deneyi sonuçları BİRİM HACİM AĞIRLIĞI Kg/dm3 T50 SÜRESİ (Sn) TOPLAM YAYILMA (cm) NPÇ % 0 2.34 4 70,5 BPÇ % 0 2.25 4 50 BPÇ Kırmızı 2.36 4 59,5 BPÇ Siyah 2.33 3 67 BPÇ Mavi 2.41 3 66 BPÇ Yeşil 2.27 1 68 BPÇ Sarı 2.30 1 64,5 Çökme-yayılma deney sonuçlarına göre; pigment katkısının toplam yayılma miktarlarını arttırdığı, T50 sürelerini azalttığı görülmektedir. 58

Fiziksel Deneylerin Değerlendirilmesi Sertleşmiş betonlar üzerinde 28. günde kılcallık (kapilarite) ve atmosferik basınç altında su emme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar Tablo 3 de, pigment katkısına bağlı olarak her iki özelliğin değişimi ise Şekil 3 ve 4 de görülmektedir. Tablo 3-Atmosferik basınç altında su emme yüzdesi ve kılcallık deneyi sonuçları. DENEY NPÇ BPÇ Kırmızı Siyah Mavi Yeşil Sarı SERİSİ 0% 0% 3% 3% 3% 3% 6% Su emme %'si Atm. bas. Ort Kıl. kat. (N)(cm/ dak.) 1,20 1,26 1,58 1,49 1,27 1,23 1,46 0,00276 0,002350 0,00451 0,003680 0,003130 0,002110 0,00183 Şekil 3- Pigment etkisine bağlı olarak kılcallık katsayısının değişimi Kapiler su emme deneyi sonuçları incelendiğinde, pigment katkısının beyaz çimentolu ve pigment katkısız betona oranla kılcallık katsayısını arttırdığı görülmektedir. Kırmızı seri en büyük kılcallık katsayısına sahipken, sarı serinin en düşük değeri aldığı görülmektedir. Genel olarak pigment kullanımı, beyaz çimentolu betonlarda kılcallık katsayısını arttırıcı yönde etkimektedir. Pigment katkısının atmosferik basınç altında su emme yüzdelerini arttırıcı yönde etki ettiği ve bu artışın kılcallık sonuçlarıyla uyumlu olarak kırmızı pigmentte en fazla, yeşil pigment kullanımında ise en az olduğu Tablo 3 den görülmektedir. Başka bir çalışmada da benzer sonuçlar elde edilmiş ve pigment katkısının su emme yüzdelerini arttırdığı sonucuna varılmıştır, Terzi (2004). 59

Şekil 4- - Pigment etkisine bağlı olarak atmosferik basınç altında su emmenin değişimi Rötre Deneyi Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deney örnekleri üzerinde 42. güne kadar serbest rötre ölçümleri yapılmıştır. Pigment cinsine ve yüzdesine bağlı olarak rötrenin değişimi Şekil 5 de görülmektedir. Serbest Rötre (10-6 ) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Pigment%0 Kırmızı%3 Siyah%3 Mavi%3 Yeşil%3 Sarı%3 Şekil 5-Örneklerin 42 günlük serbest rötre ölçüm değerleri Rötre ölçümleri karşılaştırıldığında tüm deney serilerinde 42 günlük rötre değerlerinin azaldığı görülmektedir. Pigment katkısının kullanılması rötrenin azalmasına neden olmaktadır. Bu konuda yapılmış ve yukarıdaki maddede sözü edilen tez çalışmasının sonuçlarına göre pigment katkısının rötreyi azaltma yönünde etkilediği ve pigment oranındaki artışın rötreyi azalttığı vurgulanmıştır, Terzi (2004). 60

Mekanik Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deney serileri üzerinde 7 ve 28. günde eğilme-çekme deneyi ve basınç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Eğilme-çekme deneyi tek noktada yükleme ile gerçekleştirilmiş ve deney sonucu elde edilen parçalar üzerinde basınç deneyi yapılmıştır. Yedinci günde elde edilen eğilme-çekme ve basınç dayanımı sonuçları Tablo 4 de, elde edilen verilere bağlı olarak çizilen grafikler Şekil 6 ve 7 de görülmektedir. Tablo 4-7 günlük örneklerin eğilme-çekme ve basınç deneyi sonuçları NPÇ BPÇ Deney 42,5 32,5 Kırmızı Siyah Mavi Yeşil Sarı Serisi 0% 0% 3% 3% 3% 3% 3% Eğilme Day. (N/mm²) Basınç Day. (N/mm²) 6,82 7,15 7,62 7,19 8,44 9,39 7,96 61,83 67,01 64,35 62,64 46,67 67,02 70,42 Eğilmede Çekme Deneyi Grafiği -7Gün Ort.7Günlük Eğilme Dayanımı N/mm 2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 NPÇ%0 BPÇ%0 KIRMIZI%3 SİYAH%3 MAVİ%3 YEŞİL%3 SARI%3 Şekil 6-7 günlük eğilmede çekme deneyi sonuçları 28 günlük örnekler üzerinde yapılan eğilme çekme deneyi ve basınç deneyi sonuçları Tablo 5 de ve bu sonuçlara bağlı olarak çizilen grafikler sırasıyla Şekil 8 ve Şekil 9 da verilmektedir. 61

Basınç Dayanımı Grafiği-7Gün Ort.7 GünlükBasınçDayanımı N/mm 2 80 70 60 50 40 30 20 10 0 NPÇ%0 BPÇ%0 KIRMIZI%3 SİYAH%3 MAVİ%3 YEŞİL%3 SARI%3 Şekil 7-7 günlük basınç deneyi sonuçları Tablo 5-28 günlük örneklerin eğilme-çekme ve basınç deneyi sonuçları Deney NPÇ 42,5 BPÇ 32,5 Kırmızı Siyah Mavi Yeşil Sarı Serisi 0% 0% 3% 3% 3% 3% 3% Eğilme Day. (N/mm²) Basınç Day. (N/mm²) 9,68 9,18 9,70 9,05 9,43 10,43 9,71 51,99 80,81 81,80 73,96 66,02 81,10 71,70 Ort.28Günlük Eğilme Dayanım ı N/mm 2 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 Eğilmede Çekme Deneyi Grafiği-28 Gün NPÇ%0 BPÇ%0 KIRMIZI%3 SİYAH%3 MAVİ%3 YEŞİL%3 SARI%3 Şekil 9-28 günlük eğilmede çekme deneyi sonuçları 62

Basınç Dayanımı Grafiği -28 Gün Ort 28 günlük basınç dayanım N/mm 2 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 NPÇ%0 BPÇ%0 KIRMIZI%3SİYAH%3MAVİ%3 YEŞİL%3 SARI %3 Şekil 10-28 günlük basınç deneyi sonuçları Mekanik deney sonuçları incelendiğinde pigment katkısının örneklerin 7.günde eğilmede çekme dayanımını arttırıcı yönde etkilediği gözlenmektedir. 7.gün basınç dayanımı sonuçları incelendiğinde ise mavi serinin diğer örneklere göre oldukça düşük bir değer aldığı dikkatten kaçmamıştır. Diğer örneklerin sonuçlarının ise pigment katkısına bağlı olarak fazla değişmediği görülmektedir. 28 günlük örneklerin eğilmede çekme değerlerine göz atıldığında pigment katkısız BPÇ 32.5 ile üretilen seride ve siyah pigment ile üretilen örneklerde düşük dayanımlar elde edildiği, yeşil serinin de ortalamanın üzerinde bir değere ulaştığı görülmektedir. 28 günlük örneklerin basınç dayanımı değerlerinden NPÇ 42.5 ile üretilen örneklerin diğer tüm örneklerden daha düşük değere ulaştığı Şekil 10 dan görülmektedir. Ultraviyole Etkisi Deneyi Renk Sabitliği Deney örneklerinden her bir seri için üçer adet örnek 400 Watt gücünde bir ultraviyole lambadan 75 cm uzaklıkta yer alacak şekilde eğrisel bir yüzey üzerine yerleştirilmiştir. Deney örnekleri 28. güne kadar ultraviyole etkisinde kaldıktan sonra alüminyum folyo kaldırılarak karşılaştırmalı olarak renk değişimleri gözlenmiştir. Kontrol işlemi; beş farklı gözlemcinin gözle kontrol etmesi şeklinde yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre 28. gün sonunda renk tonlarında çıplak gözle fark edilebilen bir değişim gözlenmemiştir. SONUÇLAR Deneysel çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar aşağıda toplu halde verilmektedir. Çökme-yayılma deneyi sonuçları göz önüne alındığında pigment katkılı örneklerin pigment katkısız örneklere göre 50 cm.lik yayılma oluşturma (T50 ) sürelerinin daha kısa olduğu görülmektedir. Toplam yayılma miktarlarına bakıldığında BPÇ 32.5 ile üretilen pigment katkısız örnekler için miktarın NPÇ 42.5 ile üretilen örneklere göre daha az olduğu 63

gözlenmektedir. En az yayılma BPÇ 32.5 ile üretilen pigment katkısız beton örneklere aittir. Taze betonda kıvam tayini kapsamında yapılan birim hacim ağırlık deneyinde pigment katkılı ve katkısız örneklerin sonuçları birbirine yakın değerlerdedir. Kapiler su emme deneyi sonuçları incelendiğinde, kırmızı seri en büyük kılcallık katsayısına sahipken, sarı serinin en düşük değeri aldığı görülmektedir. Genel olarak pigment kullanımı beyaz çimentolu betonlarda kılcallık katsayısını arttırıcı yönde etkilemektedir. Su emme yüzdeleri ele alındığında ise, yine kılcallıkta olduğu gibi, kırmızı seri en yüksek değere ulaşmıştır. Pigment katkısının su emme yüzdelerini arttırıcı etkisi olduğunu söylemek mümkündür. Pigment katkısı beyaz çimentolu betonlarda 42. gündeki rötreyi azaltıcı etki yapmaktadır. Mekanik deney sonuçları incelendiğinde pigment katkısının; 7.günde tüm pigment katkılı serilerde eğilmede çekme dayanımını arttırıcı yönde etkilediği, basınç dayanımını ise mavi seri hariç fazla etkilemediği görülmüştür. 28 günlük eğilmede çekme değerlerinin pigment katkısından dolayı azalmadığı sonucuna varılmıştır. 28 günlük örneklerin basınç dayanımları ise mavi, sarı ve siyah pigment katkılı karışımlarda sırasıyla %18, %11 ve %8 gibi azalmalar göstermekle birlikte, diğer pigmentli serilerde önemli bir değişim gözlenmemiştir. Utraviyole ışınları etkisi altında 28. günde renk değişimleri gözlenmemiştir. Renkli beton üretiminde pigment kullanımının beton özellikleri üzerinde olası yan etkileri özellikle taşıyıcı yapı elemanlarının tasarımı halinde daha özenle araştırılmalıdır. Bu çalışmada tek tür beyaz çimento kullanılmıştır. Ancak ülkemizdeki diğer çimento fabrikalarında üretilen ürünler (beyaz çimento) kullanılırken ön deneyler yapılarak pigmentler ve akışkanlaştırıcı katkılarla uyumu ve olası yan etkiler gözden geçirilmelidir. Kaynaklar Karagüler, M.,(2002) Mimarlıkta Beton, Mimari Beton, THBB Hazır Beton Dergisi, Sayı 53, sayfa: 56. Karagüler, M.,(2003) Mimari Beton ve Kalıp, THBB Hazır Beton Dergisi, Sayı 57, sayfa: 68. Özkul H., (2005) Kendiliğinden Yerleşen Betonların Genel Özellikleri Yapılarda Kimyasal Katkılar / Bildiriler. Sungur, S., (2006) Kendiliğinden Yerleşen Mimari Betonlarda Pigment Katkısının Etkileri Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü. Terzi, F.,(2004) Mimari Betonda Renk ve Doku Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü. 64